Semi robot biodegradabili dall’IIT per il monitoraggio ambientale
04/06/2021
Semi robot Barbara Mazzolai IIT I-Seed micro biorobotica

I-Seed è un progetto europeo che combina robotica bioispirata, materiali innovativi e morbidi e intelligenza artificiale per sviluppare semi robot da impiegare per il monitoraggio capillare dell’ambiente.

I semi-intelligenti potranno infatti agire come sensori da disperdere sui campi tramite droni per monitorare i parametri di salute del terreno, come la presenza di inquinanti, ma anche dell’aria, misurando livelli di CO2, temperatura e umidità. Inoltre i robot saranno biodegradabili, degradandosi al termine del loro compito nel rispetto dell’ambiente.

Il progetto di intelligenza ambientale è stato finanziato con 4 milioni di euro dall’Unione europea nell’ambito del bando FET Proactive Environmental Intelligence 2020, e sarà coordinato da Barbara Mazzolai dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT). Altri cinque partner partecipano al progetto, provenienti da Italia, Germania, Paesi Bassi e Cipro. Per l’Italia, oltre all’IIT sono coinvolti l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e l’Istituto sull’inquinamento atmosferico del CNR (CNR-Iia).

I ricercatori di I-Seed hanno tratto ispirazione dalla natura, studiando le strategie cui le piante ricorrono per la dispersione dei semi e la strutture che rendono i semi capaci di scavare per penetrare nel suolo. Lo studio si concentra inoltre sullo sviluppo di materiali biodegradabili multifunzionali. I semi robotici si degraderanno grazie all’impiego di polimeri per la loro produzione, combinando anche materiali soffici e rigidi per le parti in movimento (PLA, PLC, Hydrogel).

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L’obiettivo è sviluppare due tipi di robot soft miniaturizzati, in grado di auto-distribuirsi e biodegradabili con diverse caratteristiche. I-Seed ERO sarà un robot soffice in grado di penetrare nel terreno attraverso un movimento reso possibile dalla sua particolare forma a ‘cavatappi’, mentre il robot I-Seed SAM volerà e opererà in aria e sulla superficie del terreno. La procedura di dispersione dei semi avverrà attraverso un drone che li spargerà sui terreni di campi coltivati o praterie. Mediante l’uso di un apposito software i ricercatori saranno potranno quindi tracciare la loro posizione precisa e monitorare le condizioni del terreno. Per facilitare la procedura di tracciamento, i semi intelligenti saranno fluorescenti e i droni utilizzeranno un sistema LIDAR per il rilevamento a distanza. Tutto ciò permetterà di usare gli I-Seed robots anche in aree geografiche dove al momento non è presente alcuna forma di monitoraggio ambientale.

“Comprendere, monitorare, ripristinare e preservare l’equilibrio degli ecosistemi naturali è necessario per salvaguardare la biodiversità delle specie – commenta Barbara Mazzolai, coordinatrice del progetto e vicedirettore per la Robotica dell’IIT -. Con un team fortemente multidisciplinare, il nostro progetto mira a sviluppare nuove tecnologie che siano rispettose dell’ambiente e che dall’ambiente sono ispirate, come appunto la morfologia e le capacità di dispersione dei semi delle piante. Tali nuovi robot saranno utili per proteggere e migliorare la qualità dell’aria e del suolo e gestire efficacemente le risorse naturali”.

Nello specifico per l’Italia, i ricercatori dell’IIT si occuperanno della progettazione e realizzazione dei due robot I-Seed ERO e I-Seed SAM, partendo dallo studio della biomeccanica dei semi naturali e investigando nuove soluzioni ingegneristiche, di progettazione e di materiali bioispirati. Il team di ricerca ha una forte expertise nello sviluppo di prototipi robotici bioispirati. La coordinatrice Barbara Mazzolai, infatti, ha anche coordinato nel 2012 il progetto europeo che ha dato vita al primo robot pianta al mondo, il Plantoide, capace di riprodurre il comportamento delle radici; e a partire dal 2019 coordina il progetto GrowBot, per lo sviluppo di robot ispirati alle piante rampicanti.

Il team dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna, formato da Antonio De Simone e da Alessandro Lucantonio, contribuirà invece allo sviluppo di modelli matematici che serviranno per definire la mobilità dei due robot progettati all’interno di I-Seed. I modelli saranno utilizzati per interpretare il comportamento dei semi vegetali e per ottimizzare le prestazioni di quelli ingegnerizzati.

Il gruppo di lavoro del CNR-Iia, coordinato da Nicola Pirrone, studierà la rete di sensori per l’analisi ambientale capaci di funzionare in scenari reali, e identificherà i siti dove i robot seme verranno testati. Inoltre contribuirà alla definizione di protocolli di standardizzazione per il loro funzionamento nonché alla realizzazione dell’infrastruttura cloud per la condivisione dei dati e l’interoperabilità dei sistemi di fog/edge computing attraverso l’utilizzo di modelli di intelligenza artificiale

L’era dell’Industria 4.0, basata sulla digitalizzazione e l’interconnessione dei processi produttivi, ha ormai ceduto il passo a quella dell’Industria 5.0….